新疆的坎儿井被认为是中国古代的三大工程之一，由于在新疆吐鲁番的独特地形区，坎儿井正好适应了当时这样的环境，其工作原理我觉得还是挺复杂的。坎儿井也成为了吐鲁番地区主要的水资源的来源，关于坎儿井的起源也是有很多说法的。
有一个说法就是说坎儿井是当地各族劳动人民在发展农业生产与干旱做斗争时，经过实践逐步创造而形成的，因为是干旱的自然环境，地面水源就十分的缺乏朴实，人们必须重视地下水源的开发利用，才能够保证生产和生活的要求。而在天山南北其他地区，则在这方面没有吐鲁番突出，同时也没有向吐鲁番地区地面坡度这样陡峭，有利于用坎儿井的方式开采利用地下水。
坎儿井是怎么建造而成的呢？它的基本工程结构由竖井，暗渠，出水口，明渠和蓄水池等部分和谐的组合在一起，通过一条坎儿井有几个到几百个竖井，最浅的达了1米，最深的可达到120米。在水源处挖掘的竖井最深的。
例如暗群是将地下含水层的，浅层水引出地面的主要工程，坎儿井的暗渠分为积水段和疏水段两个部分，坎儿井暗渠的水源可分为田间渗漏和直接引出地下水两种。坎儿井暗渠的长度最长可达十几千米，最短也就几十米或几米。出水口是卡尔井水从暗渠流出地面的部分，也就是说由于地形坡度大于暗渠流水坡度。而并行延伸的两条线相互自然交叉形成出水口。
可以说坎儿井是中国各族人民智慧的结晶，吐鲁番发现现存的坎儿井多是清代以后陆续建造和维修的老井，都有百岁的高龄了，如今虽然吐鲁番已有了现代化的饮水手段，但坎儿井仍然在人们生活中发挥着巨大的作用。
坎儿井，是“井穴”的意思，早在《史记》中便有记载，时称“井渠”，而新疆维吾尔语则称之为“坎儿孜”。坎儿井是荒漠地区一特殊灌溉系统，普遍于中国新疆吐鲁番地区。坎儿井与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程。吐鲁番的坎儿井总数达1100多条，全长约5000公里。
坎儿井的结构，大体上是由竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”（小型蓄水池）四部分组成。坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝四部分组成。总的说来，坎儿井的构造原理是：在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。
坎儿井开挖包括竖井开挖及暗渠开挖
竖井开挖
竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般每隔20—70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。
暗渠开挖
暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。暗渠的作用是把地下含水层中的水会聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100—200米，最长的长达25公里。
坎儿在开挖暗渠时，为尽量减少弯曲、确定方向，吐鲁番的先民们创造了木棍定向法。
在掏挖暗渠时，吐鲁番人民还发明了油灯定向法。油灯定向是依据两点成线的原理，用两盏旁边带嘴的油灯确定暗渠挖掘的方位，并且能够保障暗渠的顶部与底部平行。但是，油灯定位只能用于同一个作业点上，不同的作业点又怎样保持一致呢？挖掘暗渠时，在竖井的中线上挂上一盏油灯，掏挖者背对油灯，始终掏挖自己的影子，就可以不偏离方向，而渠深则以泉流能淹没筐沿为标准。
暗渠越深空间越窄，仅容一个人弯腰向前掏挖而行。由于吐鲁番的土质为坚硬的钙质粘性土，加之作业面又非常狭小，因此，要掏挖出一条25公里长的暗渠，不知要付出怎样的艰辛。所以，总长5000公里的吐鲁番坎儿井被称为“地下长城”，真是当之无愧。
坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝四部分组成。总的说来，坎儿井的构造原理是：在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。
先说竖井。竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般每隔20—70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。乘车临近吐鲁番时，在那郁郁葱葱的绿洲外围戈壁滩上，就可以看见顺着高坡而下的一堆一堆的圆土包，形如小火山锥，坐落有序地伸向绿洲，这些，就是坎儿井的竖井口。
暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。暗渠的作用是把地下含水层中的水会聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100—200米，最长的长达25公里，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏捞工程十分艰巨。
在井底修通暗渠，将地下水引到目的地，才把水引到地面。这样保证了地下水不会因炎热及狂风而被蒸发或污染。涝坝将水蓄起以供人使用。
吐鲁番是中国极端干旱地区之一，年降水量只有16毫米，蒸发量在3000毫米以上，土质为砂砾和粘土胶结，质地坚实，井壁及暗渠不易坍塌。
当地人为了躲避酷热少雨下烈日的烘烤与解决水源问题，利用这种沙漠质地渗漏性强的特性，开挖暗渠，将地下水巧妙截流，为新疆绿洲农业提供源源不断的水源，这便是坎儿井滋养一方人的水利妙用。
竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。
一般每隔20—70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。
暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。一般高1.7米，宽1.2米，短的100—200米，最长的长达25公里，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏捞工程十分艰巨。一般要在地下开凿几公里到几十公里。
水在暗渠不易被蒸发，而且水流地底不容易被污染，再有，经过暗渠流出的水，经过千层沙石自然过滤，最终形成天然矿泉水，富含众多矿物质及微量元素，古往今来为居民饮用。
暗渠流出地面后，就成了明渠。顾名思义，明渠就是在地表上流的沟渠。人们在一定地点修建了具有蓄水和调节水作用的蓄水池，这种大大小小的蓄水池，就称为涝坝。水蓄积在涝坝，哪里需要，就送到哪里。
作为丝绸之路上少数还在延续利用的“活的文化遗产”——坎儿井至今仍在发挥着重要的作用，也面临着巨大的挑战。2009年第三次全国文物普查时，新疆吐鲁番盆地1108条坎儿井中，仅剩下278条有水。
已加固维修108条坎儿井，工程累计维修加固暗渠约18公里、掏捞清淤约600公里、加固竖井口1万余个，遗址本体得到妥善保护，最大限度遏制了坎儿井的消亡速度，确保坎儿井的有效遗存。
古老坎儿井的剩余部分依然是当地人的生命线，他们要面对冬季的刺骨寒冷和夏季让人难以忍受的燥热。
目前，新疆境内有水的坎儿井只剩下614条。吐鲁番地区有水的坎儿井也只剩下404条。最著名的坎儿井是有800年历史的米依木·阿吉坎儿井，长21公里，如今出水量每天仍能浇灌4公顷葡萄地。
坎儿井的结构，大体上是由竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”（小型蓄水池）四部分组成。
汉代时期
吐鲁番坎儿井是由地下暗渠、竖井、出口涝坝、引水渠等工程组成的自流灌溉系统。利用地形特点，通过地下暗渠，将埋深几十米乃至百米以下的地下潜流，引至农区或居住区。
晋唐时期
唐代诗歌有关于井渠的生动描述，如李群玉《引水行》云：“一条寒玉走秋泉，引出深罗洞口烟。十里暗流声不断，行人头上过潺湲。”它可以借来形容吐鲁番坎儿井。
清代时期
清代施补华有诗一首的序云：“伊拉里克河水利林文忠公遣戍时所开，所谓四十八坎儿也。”林则徐于道光二十五年(1845年)正月十六日从乌鲁木齐赴吐鲁番，十九日在根忒克台东20里 坎儿井(今吐鲁番市西20公里)看见坎儿井，他的《日记》中写道：“二十里许，见沿途多土坑，询其名，曰卡井，能引水横流者，由南而北，渐引渐高，水从土中穿穴而行，诚不可思议之事。此处田土膏腴，岁产木棉无算，皆卡井水利为之也。”此处离雅尔湖仅5公里，正是吐鲁番坎儿井分布区域之一。
近现代
近代文献中明确提到新疆坎儿井的存在见于和瑛《三州辑略》卷3，记载了嘉庆十二年(1807年)吐鲁番地方有人“情愿认垦雅尔湖潮地一千三百四十亩，请垦卡尔地二百五十—亩。潮地每亩缴纳租银四钱，卡尔地每亩缴纳租银六钱”。所谓“卡尔地”即指坎儿井所浇灌之地，因其灌溉可靠，收益大，故租银高于潮地50%。
建造条件
在吐鲁番盆地大量兴建的原因，是和当地的自然地理条件分不开的。吐鲁番是中国极端干旱地区之一，年降水量只有16毫米，而蒸发量可达到3000毫米，可称得上是中国的“干极”。但坎儿井是在地下暗渠输水，不受季节、风沙影响，蒸发量小，流量稳定，可以常年自流灌溉。
构造原理
坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝四部分组成。总的说来，坎儿井坎儿井的构造原理是：在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。
坎儿井与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程，坎儿井是中国最长的地下河。